Паровой котел КЕ-25-14С

                                               СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание……………………………………………………………….…......

1  Характеристика котлоагрегата…………………………........................

    1.1 Техническая  характеристика котла КЕ-25-14С……………………

2  Расчет топлива  по воздуху и продуктам сгорания……………………

    2.1  Определение  количества продуктов сгорания……………………

    2.2  Определение  энтальпии продуктов сгорания…………………….

3  Поверочный тепловой  расчет…………………………………………..

    3.1  Предварительный тепловой баланс………………………………._.

    3.2  Расчет теплообмена в топке………………………………………..

    3.3  Расчет  теплообмена в конвективной поверхности……………….

    3.4  Расчет  экономайзера………………………………………………..

4  Окончательный тепловой  баланс………………………………………

Вывод……………………………………………………………………….

Библиографический список……………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

Выполнить проект стационарного  парового котла в соответствии со следующими данными:

– тип котла                                                                          КЕ–25–14с

– паропроизводительность, D, кг/ч                                   24000

– давление пара, Р, МПа                                                     1,35

– температура пара,t_п, ºС                                                     194

– температура питательной воды, t_пв1, ºС                           105

– непрерывная продувка, р_пр, %                                              5

– топливо                                                        уголь Ирша-бородинское (Б2)

 

Расчетные характеристики топлива

 

Состав топлива:                                                                             [2, таблица I]                

содержание серы                                   S^г = 0,2%

содержание углерода                            С^г = 43,7%

содержание водорода                            Н^г = 3%

содержание азота                                   N^г = 0,6%

содержание кислорода                         О^г = 13,5%

Зольность топлива                                           А^r = 6%

Влажность топлива                                         W^r = 33%

Низшая теплота сгорания топлива:

(Q_i^r)_н=3740 ккал/кг=15670 кДж/кг

Выход летучих веществ                                  V^daf=48 %

Температурные характеристики золы:

t_A=1100÷1300 ºC

t_B=1100÷1420 ºC

t_C=1130÷1430 ºC

Приведенная влажность  топлива

W_пр^r=33/3740=8.82*10^-3 % кг/ккал=2.10 %кг/МДж

Приведенная зольность  топлива

A_пр^r=6/3740=1.60*10^-3 % кг/ккал=0.38 %кг/МДж

Приведенное содержание серы

S_пр^r=0.2/3740=1.60*10^-3 % кг/ккал=0.012 %кг/МДж

 

1  ХАРАКТЕРИСТИКА  КОТЛОАГРЕГАТА

 

Паровой котел КЕ-25-14С, с естественной циркуляцией со слоевыми механической топкой предназначен для выработки насыщенного пара, используемого на технологические нужды промышленного предприятия, в системах отопления и горячего водоснабжения.

Топочная камера котла серии КЕ образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками.

В котле КЕ-25-14С применена  схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.

Блок котла КЕ-25-14С, опирается камерами боковых экранов  на продольные швеллеры. Камеры приварены  к швеллерам по всей длине. В области  конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится неподвижно, задняя – подвижно.

Обвязочный каркас котла  КЕ-25-14С устанавливается на уголках, приваренных вдоль камер боковых  экранов по всей длине.

Для возможности перемещения  элементов блоков котла КЕ-25-14С  в заданном направлении часть  опор выполнена подвижными. Они имеют  овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.

Котел КЕ с решеткой и экономайзером оборудован системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. Трубы крайнего ряда пучка вводятся в нижний барабан.

Паровой котел КЕ-25-14С  оборудован стационарным устройством очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.

Паровой котёл КЕ-25-14С  комплектуется топкой типа ЗП-РПК  с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.

За котельным агрегатом устанавливается водяной экономайзер.

Площадки котла типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котла. Основные площадки котла: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла.

На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку – спуск (короткая лестница) с верхней  боковой площадки.

Котел КЕ-25-14С оборудован двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. На верхнем барабане установлен манометр.

На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главная паровая задвижка, вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.

У котла  КЕ-25-14С, через  патрубок для продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе  обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).

На питательных трубопроводах  перед экономайзером устанавливаются  обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.

Для котлов типа КЕ пропускная способность  предохранительных клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа.

При работе на пониженном давлении предохранительные  клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.

 

1.1  Техническая характеристика  котла КЕ-25-14с

Паропроизводительность                                                            D = 25 т/ч.

Давление                                                                                    Р = 14 кгс/см².

Температура пара                                                                   t = 194ºС.

Радиационная (лучевоспринимающая) поверхность нагрева Н_л = 91 м².

Конвективная поверхность нагрева                                           Н_к = 405,6 м².

Тип топочного устройства                                                     ТЧЗ-2700/5600.

Площадь зеркала горения                                                                 13,5 м².

 

 

 

 

 

 

 

2  РАСЧЕТ  ТОПЛИВА  ПО  ВОЗДУХУ

 

2.1  Определение  количества продуктов сгорания

Расчет количества продуктов сгорания выполняется с целью определения количества газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава и расчетном коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания ведутся на 1 кг топлива.

Теоретически необходимое  количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1

V₀^H = 0,0889(C^r + 0,375S^r) + 0,265Н^r – 0,0333О^r;

V₀^H = 0,0889∙(43,7 + 0,375 ∙ 0,2) + 0,267 ∙ 3 – 0,033 ∙ 13,5 = 4,3 м³/кг.

Теоретический объем трехатомных газов

V^H_RO2 = 1,866(С^r + 0,375S^r)/100;

V^H_RO2 = 1,866∙(43,7 + 0,375 ∙ 0,2) /100= 0,4 м³/кг.

Теоретический объем азота

V₀^H_N2 = 0,79 V₀^H + 0,8N^r/100;

V₀^H_N2 = 3,397 + 0,0048 = 3,4 м³/кг.

Теоретический объем  водяных паров

V₀^H_H2O = 0,111Н^r + 0,0124W_t^r+ 0,0161V₀^H;

V₀^H_H2O = 0,111 ∙ 3 + 0,0124 ∙ 33 + 0,016 ∙ 4,3 = 0,8 м³/кг.

Полный объем дымовых  газов (суммарный)

V₀^H_г = V^H_RO2+ V₀^H_N2+ V₀^H_H2O;

V₀^H_г = 0,4 + 3,4 + 0,8= 4,6 м³/кг.

Коэффициент избытка  воздуха на выходе из топки принимается:

α″_Т = 1,3

Присосы воздуха в  газоходы котла принимаются:

в топку ∆α_Т =0,1

в конвективный пучок  ∆α_КП =0,05

в экономайзер ∆α_ЭК =0,1

Коэффициент избытка  воздуха за отдельными поверхностями  нагрева:

за конвективным пучком

α″_КП = α″_Т +∆α_КП =1,3+0,05=1,35;

за экономайзером

α″_ЭК = α″_КП +∆α_ЭК =1,35+0,1=1,45.

Средние коэффициенты избытка  воздуха по газоходам:

в конвективном пучке

α_КП.СР =( α″_Т + α″_КП)/2=(1,3+1,35)/2=1,325;

в экономайзере

α_ЭК.СР =( α″_КП + α″_ЭК)/2=(1,35+1,45)/2=1,4.

 

Действительные объемы водяных паров и дымовых газов определяются по следующим формулам и представлены в таблице 2.1.

объем водяных паров

V^H_H2O = V₀^H_H2O +0,0161(α_СР - 1)V₀^H, м³/кг

объем дымовых газов

V^H_г = V^H_{RO2 +} V₀^H_{N2 +} V^H_H2O + (α_СР - 1)V₀^H, м³/кг

безразмерная концентрация золовых частиц

μ_зл = = , где

доля золы топлива в уносе

=12%

Таблица 2.1. Действительные объемы водяных паров и дымовых газов.

Величина	Газоходы
	Топка	Конвективный пучок	Эконо- майзер
Коэффициент избытка  воздуха за поверхностью нагрева, α″i	1,3	1,35	1,45
Коэффициенты избытка  воздуха средний, αСР	1,3	1,325	1,4
Объем водяных паров, VHH2O, м3/кг	0,821	0,822	0,827
Полный объем дымовых  газов, VHг, м3/кг	5,91	6,019	7,449
Объемная доля трехатомных  газов, rRO2 = VHRO2/ VHг	0,067	0,066	0,053
Объемная доля водяных  паров, rHO2 = VHHO2/ VHг	0,138	0,136	0,11
Объемная доля трехатомных  газов и водяных паров, rn = rRO2 + rHO2	0,205	0,202	0,164
Масса дымовых газов, , кг/кг	8,24	8,38	8,80
безразмерная концентрация золовых частиц, μзл, кг/кг	0,001	0,001	0,001

 

 

2.2  Расчет  энтальпий воздуха и продуктов сгорания.

Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем.

Энтальпией дымовых  газов по какой-либо температуре  называется количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного килограмма топлива от 0º до этой температуры при постоянном давлении газов в топке.

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания определяются в диапазоне температур 0…2200ºС с интервалом в 100ºС по следующим формулам и представлены в таблице 2.2.

Энтальпия теоретически необходимого воздуха при α=1 и расчетной  температуре  определяется:

, кДж/кг,

где - удельная энтальпия воздуха, кДж/м³

Энтальпия теоретически необходимого воздуха при α=1 и  расчетной температуре  определяется интерполяцией:

, кДж/кг

Действительная энтальпия продуктов  сгорания (дымовых газов) при α>1, определяется:

, кДж/кг

где теоретическая энтальпия продуктов сгорания при α=1

, кДж/кг

Энтальпия летучей золы

, кДж/кг

Удельные энтальпии  , кДж/кг

определяются по справочным таблицам.

 

Таблица 2.2. Энтальпии воздуха и продуктов сгорания.

,°С	, ккал/кг	, ккал/кК	, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/кг
						За топкой	За конвектив-ным пучком	За эконо-майзером
						Значения  за поверхностью
						1,3	1,35	1,45
30	41			172
100	134	166	4,6	561	695			952
200	269	337	9,6	1127	1412		1816	1928
300	408	512	15	1709	2145		2758	2929
400	548	694	20,52	2296	2908		3737	3961
500	692	880	26,106	2899	3687		4728	5018
600	840	1069	31,92	3519	4479		5742	5094
700	991	1265	37,734	4152	5300		6791	7206
800	1144	1456	43,7	4793	6100	7581	7821	8300
900	1297	1671	49,87	5434	7001	8681	8953
1000	1453	1880	56,08	6088	7877	9759	10064
1100	1614	2089	62,5	6762	8753	10846	11181
1200	1775	2300	68,7	7437	9637	11937	12309
1300	1936	2516	77,5	8112	10542	13053
1400	2102	2736	90,23	8807	11464	14196
1500	2267	2955	100,2	9499	12381	15331
1600	2432	3177	106,9	10190	13312	16476
1700	2597	3400	117,6	10881	14246	17627
1800	2763	3624	124,6	11579	15184	18782
1900	2932	3852	136	12285	16140	19961
2000	3102	4079	143,1	12997	17091	21133
2100	3271	4308		13705	18050
2200	3440	4536		14414	19006

 

 

 

 

 

 

 

3  ПОВЕРОЧНЫЙ  ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ

 

3.1  Предварительный тепловой баланс котла

При работе парового котла все поступившее в него тепло расходуется на выработку полезного тепла, содержащегося в паре, и на покрытие различных потерь тепла. Суммарное количество тепла, поступившего в котел, называют располагаемым теплом. Между теплом, поступившем в котел и покинувшем его, должно существовать равенство (баланс).

Тепловой баланс котла составляется применительно к одному килограмму топлива при установившемся (стационарном) режиме работы котла.

Располагаемое тепло топлива

Q_р = Q_н^р = 15670 кДж/кг

Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива

q₃ = 0.5%

Потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива

q₄ = q_{4 шл} + q_{4 ун} = 1,5 + 4,5 =6%

где потеря со шлаком q_{4 шл} = 1,5%,

потеря с уносом q_{4 ун} = 4,5%

Потеря тепла от наружного охлаждения

q₅ = 1,2%

Потеря с теплом шлака

q₆ =

где доля золы топлива переходящая в шлак

Температура удаляемого шлака принимается

Энтальпия удаляемого шлака при

_{шл = 560 кДж/кг}

 

 

Потеря тепла с уходящими  газами.

Температура уходящих газов (принимается с последующим уточнением)

Энтальпия уходящих газов

I_ух =1440 кДж/кг

Температура воздуха, присасываемого в газоходы поверхностей нагрева

t_прс = t_хв = 30°С

Энтальпия воздуха, присасываемого в газоходы

I_прс = I_{0 хв} = 172 кДж/кг

Потеря тепла с уходящими  газами

q₂ =

Коэффициент полезного  действия котла (брутто)

Коэффициент сохранения тепла

Полное количество тепла, полезно  отданное в котельном агрегате, определяется по формуле

, кВт

где количество насыщенного  пара

т/ч = 6,66 кг/сек,

энтальпия насыщенного пара при Р=1,35 МПа

″ =2789,3 кДж/кг

энтальпия продувочной (кипящей) воды

′ =822,9 кДж/кг

Давление питательной  воды на входе в котел принимается  на 10% больше давления среды в барабане

Р_пв = 1,1·1,35 = 1, 4 МПа

Энтальпия питательной  воды при t_пв =105°С

=420 кДж/кг

Расход продувочной  воды

кг/сек

Полное количество тепла, полезно отданное в котельном  агрегате:

кВт

Полный расход топлива, подаваемого в топку

кг/сек

Полный расход топлива  с учетом механической неполноты  сгорания

кг/сек =4048 кг/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2  Расчет  теплообмена в топке

Целью поверочного расчета теплообмена в топке является определение температуры газов за топкой и количества тепла, переданного газами поверхности нагрева топки.

Эта теплота может  быть найдена только при известных  геометрических размерах топки: величине лучевоспринимающей поверхности, Н_л, полной поверхности стен, ограничивающих топочный объем, F_ст, величине объема топочной камеры, V_т.

Рис. 3.1 – Эскиз парового котла КЕ-25-14С

 

Лучевоспринимающая поверхность  топки находится как сумма  лучевоспринимающих поверхностей экранов, т.е.

Н_л = Н_лэ + Н_пэ + Н_зэ,

где  Н_лэ – поверхность левого бокового экрана,

Н_пэ – поверхность правого бокового экрана;

Н_зэ – поверхность заднего экрана;

Угловой коэффициент экрана

χ =1

Ввиду сложности определения длин трубок, величину лучевоспринимающей поверхности нагрева возьмем из технической характеристики котла:

Н_л = 91 м²

Полная поверхность стен топки, F_ст, вычисляется по размерам поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры:

F_ст = F_пэ + F_зер. + F_a , м²

где поверхность стен закрытых экранами равна лучевоспринимающей поверхности F_пл = Н_л = 91 м²,

активная площадь зеркала горения  из технической характеристики котла

F_зер = 13,5 м²,

площадь, не защищенная трубами фронтового экрана

F_а = 5 м²

Полная поверхность стен топки

F_ст = 91+13,5+5 =109,5 м²

Объем топочной камеры сложной конфигурации приведем к простой сумме объемов:

V_т = V_п + V_з , м³

где объем передней части топочной камеры

= 0,5·(4,93+4,225)·2,71·2,6= 32,3 м³,

объем задней части топочной камеры

V_з = 0,5·(3,2+1,825)·2,71·2,25= 15,31 м³

Объем топочной камеры

V_т = 32,3+15,31=47,61 м³

Эффективная толщина  излучающего слоя

S = 3,6V_т/F_ст =3,6·47,61/109,5 =1,57 м

Полезное тепловыделение в топке  определяется по формуле

, кДж/кг

где тепло, вносимое в топку воздухом

Q_в = ∆α_т·I_{0 хв} = 0,1·172 =17,2 кДж/кг

 Полезное тепловыделение в  топке

кДж/кг

Теоретическая (адиабатическая) температура  горения топлива

( )

Температура газов на выходе из топки принимается предварительно

( )

Энтальпия газов на выходе из топки  при принятой температуре

I_т″ = 9220 кДж/кг

Средняя суммарная теплоемкость продуктов  сгорания топлива

кДж/(кг·К) =

=2,65 ккал/(кг °С)

Степень черноты факела

Эффективная степень черноты  факела (топочной среды) определяется

где коэффициент ослабления лучей  топочной средой определяется

k = k_гr_n + k_злμ_зл + k_коксχ₁χ₂ , 1/(м·кгс/см²)

Коэффициент ослабления лучей золовыми частицами

k_злμ_зл = 67,5·0,001 = 0,067 1/(м·МПа)

где k_зл = 6,75 1/(м·кгс/см²) =67,5 1/(м·МПа)

 

 

Эффективный коэффициент ослабления лучей коксовыми частицами

k_коксχ₁χ₂ = 1·0,5·0,03 = 0,015 1/(м·кгс/см²) = 0,15 1/(м·МПа)

где k_кокс = 1 1/(м·кгс/см²)

χ₁ = 0,5

χ₂ = 0,03

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

k_гr_n = 8,1·0,207 = 1,68 1/(м·МПа)

где k_г = 0,81 1/(м·кгс/см²) = 8,1 1/(м·МПа)

р_ns = p·r_n·s = 1·0,205·1,57 =0,321 м·кгс/см²

Коэффициент ослабления лучей топочной средой

k = 1,66 + 0,067 + 0,15 =1,8 1/(м·МПа) = 0,2 1/(м·кгс/см²)

Эффективная степень черноты  факела

где kрs = 0,2·1·1,57 =0,31

Параметр М = 0,59 - 0,5 χ_т = 0,59 – 0,5·0 =0,59

где  χ_т= 0

Степень черноты слоевых топок  определяется

,

где ρ = R/F_ст = 13,5/109,5 = 0,123

R = F_зер = 13,5 м²

Коэффициент тепловой эффективности

ψ = χ·ξ = 1·0,6 = 0,6

где коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения, принимается

ξ = 0,6

χ = 1

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности

 

 

Степень черноты слоевых топок

Расчетная температура газов на выходе из топки

°С

Полученная расчетом температура  газов на выходе из топки не отличается от принятой более чем на 100 °С.

Энтальпия газов на выходе из топки  при расчетной температуре

I_T″ = 8853 кДж/кг

Количество тепла, воспринятое  в топке излучением

Q_лт = φ·(Q_т - I_T″) = 0,986·(20263-10548) = 9579 кДж/кг

Расчетное теплонапряжение топочного  объема

кВт/м³ = 319, 2·10³ ккал/(м³·час)

Допустимое тепловое напряжение топочного объема

q_{v доп} = 250 ÷ 400·10³ ккал/(м³·час)

= 291÷ 465 кВт/м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3  Расчет теплообмена в конвективной поверхности

Тепловой расчет конвективной поверхности служит для определения  количества передаваемого тепла и сводится к решению системы двух уравнений – уравнения теплового баланса и уравнения теплопередачи.

Расчет выполняется для 1 кг сжигаемого топлива при нормальных условиях.

Тепло отданное газами определяется

Q = φ·(I′ - I″ + ∆α·I_{0 прс}) , ккал/кг

где коэффициент сохранения тепла  определен ранее

φ = 0,986

Энтальпия газов на входе в конвективный пучок

I′ = I_кп′ = I_т″ = 8853 кДж/кг

Расчетная температура газов на выходе из конвективного пучка принимается  предварительно

°С

Энтальпия газов на выходе из конвективного  пучка

I″ = I_кп″ = 3247 кДж/кг

Количество тепла, вносимого присасываемым  воздухом

∆α·I_{0 прс} = ∆α_кп·I_{0 хв} = 0,05·172 =8,6 кДж/кг

Тепло отданное газами

Q = Q_кп^б = 0,986·(8853 – 3247 +8,6) = 5614 кДж/кг

Температурный напор определяется по формуле:

°С

где температура нагреваемой среды (при рабочем давлении) по таблицам насыщенного пара определена как температура кипения воды и равна 194 °С.

Расчетная температура потока дымовых  газов

°С

Расчетная скорость дымовых газов  определяется по формуле:

, м/сек

 

где площадь живого сечения  для поперечно омываемых гладкотрубных пучков

F = a·b - z₁·l·d - F_бар = 2,75·2,32 - 22·2,58·0,051 - 3,14·0,5² = 2,7 м²

где a и b - размеры газохода,

число труб в ряду z₁ = 22,

d и l - диаметр и средняя длина труб,

F_бар  - площадь сечения, занятая выступающими частями барабанов.

Расчетная скорость дымовых газов:

, м/сек

Коэффициент теплоотдачи от газов  к стенке определяется по формуле

α₁ = ζ·(α_к + α_л ) , ккал/(м²·час·°С)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется:

α_к = α_н·С_z·C_s·C_ф , ккал/(м²·час·°С)

Поправка на число рядов труб по ходу газов

С_z = 1

Относительный продольный шаг